電源濾波器

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電源濾波器范文第1篇

Abstract： With the development of power electronic technology， higher requirements have been put forward for the design of LED switching power supply： safety performance， complete function， automation， small size. In LED switching power supply， the switch tube is working in on-off state， which will produce strong peaks and harmonic interference through its components. Electromagnetic interference will seriously affect the performance of the circuit， and at the same time can cause noise pollution. Aiming at this problem， EMI filter is proposed， which has greatly improved the performance of the circuit. And the effectiveness of the scheme is verified by experiment.

關鍵詞：EMI濾波器；電磁干擾；LED的開關電源

Key words： EMI filter；electromagnetic interference；LED switching power supply

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0133-02

0 引言

LED的開關電源已經(jīng)被廣泛的應用于家用電器、自動控制電路、計算機等領域，由于其具有效率高、體積小、重量輕、智能化、穩(wěn)壓范圍較寬等優(yōu)勢。LED的開關電源具有與生俱來的比較強的電磁干擾現(xiàn)象，這些干擾會隨著頻率的升高而顯著的增強，電磁干擾會嚴重影響電源的正常工作，會造成電源內部工作的不穩(wěn)定，使電源性能下降，同時產(chǎn)生的噪聲會造成噪聲污染。為了抑制LED電源的噪聲干擾，此處提出了電磁兼容性設計，很好的解決了噪聲污染的問題。

1 電磁干擾分析

電磁兼容性是用來衡量電磁干擾的能力，指的是在電磁環(huán)境中，能正常工作，不受外界環(huán)境的干擾，也不會影響中衛(wèi)環(huán)境的能力。其包括兩個方面的含義，即系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，不影響本身和其他系統(tǒng)的性能；本系統(tǒng)的抗干擾能力要使其不受其他系統(tǒng)干擾和影響。電磁兼容性不足就會引起電磁干擾，為了使LED電源發(fā)揮更大的優(yōu)勢，就必須改善電源的電磁兼容的性能。差模、共模干擾是電磁干擾的兩種不同類型。兩條電源線之間的電磁干擾，通常被稱之為差模干擾，差模干擾受干擾的信號兩根進線上的參考點方向相反，大小相同。電源線對大地之間的電磁干擾，通常被稱之為共模干擾，共模干擾受干擾的信號電源線對大地的參考點方向相同，大小也相同。高頻開關電源中電磁干擾主要是由于外部的高次諧波和內部的噪聲干擾所引起的。只有解決好這兩方面的電磁干擾，才能使得開關電源正常的工作。文章當中采用EMI濾波器來解決此問題。

6 結語

對LED開關電源中電磁干擾進行了分析，介紹了EMI濾波器的原理，在此基礎上，給出了電磁兼容的設計和相應的實驗結果。證明了EMI濾波器對于設計LED開關電源的重要性，很好的解決了噪聲污染的問題。

參考文獻：

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[3]何宏，魏克新，王紅君，李麗.開關電源電磁兼容性[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008：116.

電源濾波器范文第2篇

關鍵詞：電子技術；電能質量；諧波

Abstract: as China's industry starts later, high-order harmonic generation of power equipment, electrical equipment on power quality requirements are not high, so in more than a decade ago, electrical design, rarely designed to harmonic problems, not to mention the harmonic treatment. But as China's industrial development, whether industrial or civil, various power equipment, such as industry, the rectifier family air conditioning, microwave ovens, and now the power equipment on electric energy quality demand is higher and higher, so the harmonic treatment is particularly important in today.

Key words: electronic technology; power quality; harmonic

中圖分類號： TV212 文獻標識碼：A文章編號：

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

由于中國的工業(yè)起步較晚，產(chǎn)生高次諧波的電力設備不多，電力設備對電能質量的要求也不高，故在十幾年前的電氣設計當中，很少設計到諧波問題，更不用說要做諧波處理了。但是隨著我國工業(yè)的發(fā)展，不管是工業(yè)還是民用上，各種各樣的電力設備出現(xiàn)，如工業(yè)中的整流器、家庭中的空調、微波爐等等，而且現(xiàn)在的電力設備對電能質量要求越來越高，那么諧波的處理在今天就顯得尤為重要。

諧波的產(chǎn)生：

在理想的情況下，優(yōu)質的電力供應應該提供具有正弦波形的電壓。但在實際中供電電壓的波形會由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。我們所說的供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國取工業(yè)用電頻率50Hz 為基波頻率)整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設備(又稱為非線性負荷)供電的結果。這些非線性負荷在工作時向電源反饋高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電力質量變壞。因此，諧波含量是電力質量的重要指標之一。接入低壓供電系統(tǒng)的非線性設備產(chǎn)生的諧波電流可分為穩(wěn)定的諧波和變化的諧波兩大類。所謂“穩(wěn)定的諧波”電流是指這種諧波的幅度不隨時間變化，如視頻顯示設備和測試儀表等產(chǎn)生的諧波，這類設備對電網(wǎng)來說表現(xiàn)為恒定的負載。由激光打印機、復印機、微波爐等產(chǎn)生的各次諧波的幅值隨時間變化，稱之為“波動的諧波”，這類設備對電網(wǎng)來說是一個隨時間變化的負載。有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。

有源電力濾波器的選擇：

諧波計算是一個非常困難的問題，往往工程計算的諧波計算值和實測的相差甚遠（因為電力系統(tǒng)中的諧波源太多和不明確），因此在很多工程前期的電氣設計當中，有源電力濾波器的選擇不能依靠工程計算的方法選擇，頂多只能作為一個參考，只有等到實際運行過后，通過實測系統(tǒng)中的諧波值，具體選擇有源電力濾波器，但如果我們知道系統(tǒng)中的諧波源或者有參考值，我們就可以通過計算，得到相對準確的數(shù)據(jù)來選擇有源電力濾波器。

我們來看一個實例，豐田合成（張家港）塑料制品有限公司（一期工程）10KV變電站由三力變2號主變131豐田線供電，非專線，用戶協(xié)議容量為5MVA（2X2500KVA），供電協(xié)議容量為三力變2號主變40MVA，三力變2號主變10KV正常方式下短路容量為155MVA，現(xiàn)要新建二期工程，也由三力變2號主變131豐田線供電。

二期工程和一期工程基本相似（設備性質和設備容量幾乎相同），通過計算，二期工程也選擇兩臺2500KVA的變壓器。那么，本次諧波電流計算依據(jù)為：豐田合成（張家港）塑料制品有限公司（一、二期工程）10KV變電站由三力變2號主變提供一路131豐田線供電，非本用戶專線，用戶協(xié)議容量為10MVA（4X2500KVA），供電協(xié)議容量為三力變2號主變40MVA，三力變2號主變10KV正常方式下短路容量為155MVA。

由于一期工程已經(jīng)投入運行，二期工程和一期工程基本相似，我們可以認為二期工程的高次諧波值等同于一期工程（工程近似計算），因此通過實測一期工程的高次諧波值，就可以選擇有源電力濾波器了。當電容投入時諧波電流允許值及測量值如下表：

表1

表2注入公共連接點的諧波電流允許值

以5次諧波計算為例：

諧波電流允許值計算，

10KV公共接點允許諧波電流

式中：Sk1 ── 公共連接點的最小短路容量,MVA；

 Sk2 ── 基準短路容量，MVA；

 Ihp ── 表2中的第h次諧波電流允許值，A；

 Ih── 短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。

本用戶允許注入10KV公共接點諧波電流

式中：Ih───按附錄B換算的第h次諧波電流允許值，A；

 Si───第i個用戶的用電協(xié)議容量，MVA；

 St───公共連接點的供電設備容量，MVA；

α───相位迭加系數(shù)，按表3取值。

表C1

電源濾波器范文第3篇

關鍵詞：分布式電網(wǎng)；諧波；有源電力濾波器

能源和環(huán)保問題已成為當今世界關注的熱點問題，人口眾多、經(jīng)濟結構不合理、經(jīng)濟發(fā)展快等因素導致我國的能源和環(huán)保問題更為嚴重，分布式發(fā)電這時便顯示出了他的優(yōu)點。分布式電力系統(tǒng)可以大大提高供電可靠性，節(jié)省投資，降低電網(wǎng)損耗，在電網(wǎng)崩潰和意外災害的情況下，分布式電力系統(tǒng)仍可以維持重要用戶的供電隨著電力電子技術水平快速發(fā)展與提高，電力電子設備已經(jīng)逐漸普及于社會的各行各業(yè)中，其主要應用對象是新能源領域，其中電力電子器件的開關動作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波分量，使得交流電網(wǎng)中電壓、電流波形嚴重失真，成為電力系統(tǒng)中最主要的諧波源之一。在各種濾波方法中，有源濾波器（ APF） 是一種主動型的補償裝置，具有良好的動態(tài)性能，濾波性能不受系統(tǒng)阻抗的影響. 有源濾波器不僅能抑制諧波，還可以抑制閃變、補償無功功率和負序電流等。另外，有源濾波器具有自適應功能，補償特性不受電網(wǎng)頻率變化的影響，可以對多個諧波源進行集中治理。

1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的諧波問題

分布式發(fā)電是小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元，能夠獨自地把電能、熱能或冷能輸出去。相對傳統(tǒng)大容量集中式發(fā)電技術，分布式發(fā)電由于不需要高壓輸電系統(tǒng)，所以可以更接近用戶，因此在基礎設施的投資，建設速度，運行費用等方面具有很大的優(yōu)勢，并且分布式發(fā)電具有經(jīng)濟性、安全性和靈活性的良好特點，對能源可持續(xù)發(fā)展的要求能夠極大地滿足，并且能夠減少對環(huán)境的毀壞。分布式發(fā)電在國外的應用已經(jīng)非常的寬廣，其中以風力發(fā)電技術和太陽能發(fā)電技術的使用最為廣泛[1]。

現(xiàn)今直接輸出工頻50Hz交流電能在大多數(shù)分布式發(fā)電設備都不能夠完成所以這樣就會需要用到電力電子裝置進行功率變換可以來為用戶提供電力支持，同時這些分布式電源的功率調節(jié)系統(tǒng)控制功率的輸出和輸入是由電力電子裝置來承擔[2]。大量存在的靜止變流器等電力電子設備，再加上分布式電網(wǎng)母線中存在的大批量的非線性負載，電網(wǎng)電流和電壓的波形發(fā)生畸變是一定會發(fā)生的，綜上各種原因將會造成電網(wǎng)的諧波污染等一些列電能質量的問題。同時，因為分布式配電網(wǎng)的容量多數(shù)比較小，上一級電網(wǎng)的諧波向低壓電網(wǎng)的滲透也非常地嚴重，從而會導致普通配電網(wǎng)比接有分布式發(fā)電裝置的低壓配電網(wǎng)諧波來源更加簡單容易解決[3]。

2 有源電力濾波器的基本原理和實現(xiàn)方法

有源電力濾波器基本原理如圖1所示。

圖中，es表示交流電源，負載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無功。檢測補償對象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運算電路計算得出補償電流的指令信號，該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最終輸出電流接近于正弦波。

圖1 有源電力濾波器的構成

2.1 諧波電流的檢測方法

諧波電流的檢測是有源電力濾波器的重要組成部分。本設計采用的是以三相電路瞬時無功功率理論為基礎，以ip、iq為出發(fā)點得出三相電路的諧波電流，其原理如圖2所示。

圖2 ip-iq運算方式的原理圖

其中：該方法根據(jù)定義算出ip、iq，經(jīng)低通濾波器（LPF）得ip、iq的直流分量ip、iq。電網(wǎng)電壓波形無畸變時，ip為基波有功電流與電壓作用產(chǎn)生，iq為基波無功電流與電壓作用所產(chǎn)生。即可計算出被檢測電流ia、ib、ic的基波分量iaf、ibf、icf。將iapf、ibpf、icpf與ia、ib、ic相減，即可得出ia、ib、ic的諧波分量和基波無功分量之和iad、ibd、icd。

2.2 控制策略

為了使有源電力濾波器產(chǎn)生能實時跟隨實際諧波電流的參考補償電流的變化，電流控制采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式。仿真圖如圖3所示。

圖3 滯環(huán)比較器仿真圖

3 仿真結果

利用Matlab提供的電力系統(tǒng)模塊，在Simulink環(huán)境下對有源電力濾波器進行了建模和仿真研究。可以得出在經(jīng)過0.04s的延時后電流的輸出波形接近正弦波，在放大后可以看出實時跟隨的效果。

從FFT分析中可以得出諧波在有些次上方向存在但是總諧波畸變率為2.60%，即通過應用有源電力濾波器，電源電流的諧波被有效清除。

4 結論

通過理論分析與仿真研究，用分布式電網(wǎng)中的逆變器帶有源電力濾波器功能可以提供電源供電電流的質量。有源電力濾波器的使用，有效減少了諧波的畸變率，大大減少一些損耗。并且大大簡化分布式發(fā)電系統(tǒng)電力變換電路的設計。

參考文獻

[1] 王陽，曾祥君.《分布式發(fā)電技術》[J].大眾用電，2011.3：47-48.

電源濾波器范文第4篇

【關鍵詞】MT2000型 2kW短波發(fā)射機 單元控制 繼電器

MT2000型2kW短波發(fā)射機是廣州海華廠生產(chǎn)的通信設備，該設備憑借優(yōu)異的性能而廣泛用于通信行業(yè)，并獲得用戶的高度評價。但是由于不同地區(qū)環(huán)境差異較大，MT2000型2kW短波發(fā)射機在不同運行環(huán)境下容易產(chǎn)生各種故障，諧波濾波單元控制繼電器屬于故障高發(fā)單元，嚴重影響設備正常運行。因此，本文對諧波濾波控制機電單元故障進行分析，總結降低諧波濾波單元控制繼電器故障的對策。

1 單元控制繼電器故障原因及表現(xiàn)分析

MT2000型2kW短波發(fā)射機的諧波濾波單元控制繼電器故障主要為控制繼電器觸電被燒壞，導致MT2000型2kW短波發(fā)射機吸合功能出現(xiàn)異常，設備的入射功率和反射功率的誤差提高。造成單元控制繼電器被燒壞的原因有以下兩點。

1.1 斷開繼電器接點時，電壓大幅度上升

根據(jù)的MT2000型2kW短波發(fā)射機濾波諧波控制繼電器工作原理，斷開繼電器接點瞬間，繼電器接點電流大幅度降低。但是根據(jù)楞次定律內容，自感電動勢與電流的方向始終保持高度相同，斷開繼電器接點瞬間，電壓瞬時大幅度上升。電壓為電源和自感電動勢之和，電壓可擊穿空氣，導致電感量不斷上升。而控制繼電器的接點采用串聯(lián)連接方式，隨著自感電量不斷增加的，繼電器接點斷開瞬間產(chǎn)生的火花也越強烈，造成控制繼電器接點溫度異常升高，并超過控制繼電器接點的耐受范圍，容易造成控制繼電器接點燒毀。

1.2 操作不當

MT2000型2kW短波發(fā)射機運行過程具有特殊性，與傳統(tǒng)繼電器運行過程存在較大的差異。當MT2000型2kW短波發(fā)射機運行過程：接通電源的且總電源電壓輸入高于45V，接通激勵器和輸入工頻信號，通過激勵器輸工頻信號，諧波濾波單元與同頻率的控制繼電器吸合，最后完成發(fā)射。從MT2000型2kW短波發(fā)射機運行過程可以看到，正常工作情況下，發(fā)射機運行過程中電流并未經(jīng)過控制繼電器電路，控制繼電器發(fā)生燒壞粘連的幾率極低。但是由于該設備具有多個工作頻段，運行過程中可切換頻率運行。在多頻發(fā)射運行工況下，發(fā)射機各個頻點之間的運行間隔為5ms，而繼電器吸合斷開間隔為10ms，發(fā)射機無法實現(xiàn)頻段外調頻工作。如若調頻工作操作超過2次，發(fā)射機始終確認操作中控制諧波濾波單元工作，在發(fā)射功率狀態(tài)下，控制繼電器的電路有電流通過，容易導致打火問題，造成控制繼電器燒毀。既發(fā)射機在多頻發(fā)射運行情況下，且多個頻率范圍之間存在許多限制。操作人員切換頻率前，首先應使用激勵器面板做調諧處理，先后按下“發(fā)”和“停”指令按鈕，再輸入頻點。因而操作人員且頻率前，需要關閉發(fā)射機，使發(fā)射機處于停止運行狀態(tài)。但是設備生產(chǎn)生和說明書未對該操作規(guī)則進行詳細說明，造成許多使用人員采用采用其它發(fā)射機切頻方式，在設備未停止運行狀態(tài)進行切頻處理工作，引起打火損傷。

2 諧波濾波單元控制繼電器故障處理分析

MT2000型2kW短波發(fā)射機諧波濾波單元控制繼電器發(fā)生打火燒毀故障后，維護人員應通過看、聽、嗅等方式查明故障點，或使用點溫計輔助檢查。控制繼電器燒毀屬于嚴重故障，控制繼電器無法繼續(xù)使用，應及時更換控制繼電器。

2.1 故障表現(xiàn)

#4機對11：00的頻率21759kHz情況下無法正常開機，CSE和不平衡信號燈設備故障，而在其它頻段下可正常開機。從故障表現(xiàn)來看，可初步判斷諧波濾波器第七諧波濾波板子或控制輸入輸出信號的繼電器發(fā)生故障。

故障排除方法：取出諧波濾波單元，發(fā)現(xiàn)第七路諧波濾波板燒毀。更換第七路諧波濾波板后，發(fā)射機故障排除，設備正常工作。值得注意的是，諧波濾波單元采用分段式技術，濾波板子數(shù)量較多，繼電器燒毀還可能因設備散熱不佳及焊錫熔點較低而導接觸不良，引起短路故障。因而還需要觀察設備是否有功率輸出，如設備未輸出公路，可打開諧波濾波單元，肉眼觀察繼電器是否存在燒毀故障，并更換燒毀的濾波諧波板即可。此外，操作人員還需要定期除塵和查看風扇工作情況，使用熔點更夠的焊錫絲焊接，控制焊錫數(shù)量。同時更換大功率散熱風扇，保證諧波濾波有效散熱，避免繼電器損害。

2.2 故障表現(xiàn)

發(fā)射機功率驟降或消失，發(fā)射功率異常增高，發(fā)射機激勵器開啟自動保護，激勵幅度自動降低至最低水4.8dB。重新開機并調節(jié)到合適激勵幅度后，發(fā)射機表頭顯示設備入射功率低于1000W，反射功率高達280W。發(fā)射機運行1分鐘后再次出現(xiàn)以上表現(xiàn)。采用假負載測試后仍存在故障表現(xiàn)，初步判定諧波濾波器單元故障。打開諧波濾波器單元，發(fā)現(xiàn)輸入端第五段繼電器燒毀。故障排除：更新燒毀繼電器，重新試機后設備正常運行。

3 結語

MT2000型2kW短波發(fā)射機的諧波濾波單元控制繼電器雖然容易發(fā)生故障，但是該發(fā)射機的整體性能優(yōu)異，設備功能的穩(wěn)定性是十分可靠。繼電器發(fā)生故障后應立即根據(jù)發(fā)射機表現(xiàn)分析故障具體部位的，并通過看、聽、嗅等方式查明故障點，快速判斷故障，減少處理故障的時間。

參考文獻

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[2]吾買爾江?麥麥提.MT2000短波發(fā)射機諧波濾波器單元技術維護措施[J].電子制作，2014，04：28.

[3]吳東青.MT2000型2kW短波發(fā)射機諧波濾波單元控制繼電器故障分析[J].西部廣播電視，2014，15：180.

[4]努爾買買提?玉蘇普.MT2000型2000KW短波發(fā)射機故障及解決方法[J].電子制作，2014，10：19+17.

[5]石星.MT2000型短波發(fā)射機工作原理及日常維護特點[J].電子技術與軟件工程，2013，08：38.

電源濾波器范文第5篇

【關鍵詞】有源電力濾波器；模塊化；均流控制；FPGA

0 引言

隨著非線性負載在配電網(wǎng)中的應用日益廣泛，電能質量嚴重惡化，而工業(yè)發(fā)展對電能質量提出了更高的要求，對電網(wǎng)諧波的限制也越來越嚴格[1]。有源電力濾波器（APF）是解決諧波問題的理想設備，理論上可以補償任意次數(shù)的諧波電流和無功功率，具有良好的動態(tài)性能，受到廣泛的關注。單因其造價和技術原因，特別是容量的問題，在大功率應用領域受到制約[2-3]。

目前，大容量APF的研究取得了較多成果如混合型APF，但因其無源部分參數(shù)設計難度大，而且容易發(fā)生諧振等缺陷，缺乏通用性；多電平APF具有單機容量大的優(yōu)點，但電路控制不僅復雜而且對可靠性要求很高，價格也比較昂貴。多模塊并聯(lián)APF則比較靈活，可以應用于不同容量的諧波抑制場合，而且有利于標準化大規(guī)模生產(chǎn)。[4-5]

本文提出基于FPGA為核心控制芯片的新型模塊化APF，F(xiàn)PGA具有設計靈活、速度快、不受干擾的特點；按模塊容量比例均流控制策略不僅可以增加了設備諧波補償?shù)哪芰Γ姨岣吡嗽O備的可靠性和安全性。實驗結果驗證了理論分析的正確性。

1 原理、結構和控制方法

本文中的有源電力濾波器實現(xiàn)完全模塊化，基本結構如圖1所示，裝置由兩部分組成：一為裝置的控制系統(tǒng)；二是裝置的功率模塊。其中功率模塊中集成了一個模塊級別的FPGA控制系統(tǒng)、IGBT功率模塊、直流側并聯(lián)電容和交流側接入電感。各個模塊之間為并聯(lián)連接，當單個模塊的容量不能滿足系統(tǒng)諧波補償要求，裝置需要擴容時，只要增加裝置的功率模塊就可以了，使得裝置可以廣泛適用于各種不同容量的諧波抑制場合。

APF控制系統(tǒng)包括指令電流運算、補償電流跟蹤控制以及PWM驅動電路環(huán)節(jié)。根據(jù)APF工作原理知，模塊化APF控制系統(tǒng)應當滿足以下要求：（1）能夠快速、準確地檢測出系統(tǒng)電流的諧波成分、計算出指令電流；（2）能夠良好地控制各個功率模塊產(chǎn)生動態(tài)跟蹤的高精度補償電流；（3）功率模塊直流側電容電壓保持穩(wěn)定；（4）能夠讓各個濾波模塊合理分擔補償電流。[6]

圖1 模塊化APF基本結構

按照其控制系統(tǒng)的要求，圖2給出了模塊化并聯(lián)型APF控制系統(tǒng)的控制方法原理圖，其中：

C=sinωt -cosωt-cosωt -sinωt（1）

C■=■1 -1/2 -1/20 ■/2 -■（2）

C■=C■■（3）

其諧波電流檢測及補償電流控制方法為：

（1）對電網(wǎng)電壓進行采樣，低通濾波鎖相后形成與電網(wǎng)電壓同步的正弦、余弦信號。用于諧波電流監(jiān)測運算，同時保證電流采樣時刻也與該正弦、余弦信號同步。

（2）三相負載電流經(jīng)基于瞬時無功理論的諧波運算提取到所需補償?shù)闹C波電流，經(jīng)過直流側電壓閉環(huán)PI控制得到用于穩(wěn)定直流電壓的有功電流，兩種電流疊加形成逆變器的指令電流，將指令電流均分后作為各個模塊的補償電流給定，與各個模塊的輸出反饋電流作差，采用滯環(huán)比較控制環(huán)節(jié)形成PWM信號，經(jīng)驅動電路控制逆變器產(chǎn)生補償電流。

圖2 APF算法框圖

2 控制系統(tǒng)硬件設計

因為有源電力濾波器對信號處理的實時性要求特別高，所以本文設計了以Xilinx公司的Spartan3E型FPGA為主控芯片的控制系統(tǒng)。它由數(shù)據(jù)采集單元A/D、基于FPGA的主控單元及片外存儲器組成。FPGA是具有極高并行度的信號處理引擎，能夠滿足算法復雜度不斷增加的應用要求，通過并行方式提供極強的信號處理能力，速度快、實時性強。[7]

2.1 數(shù)據(jù)采集

A/D轉換芯片采用的是Analog Devices公司的AD7865芯片，他是一款高速多通道數(shù)據(jù)采集芯片，具有四個采樣/保持通道和一個快速A/D轉換單元，可以實現(xiàn)同步采樣；支持雙極性模擬輸入，抗混疊濾波電路輸出的5V之內的信號可直接送入采樣電路，無需轉換電平，大大簡化了硬件電路，有效減少了因信號轉換電路帶來的額外誤差。圖3 給出了AD7865與FPGA的接口電路。

圖3 AD7865與FPGA接口電路

2.2 電源及保護電路

電源電路由交流220V供電，產(chǎn)生控制電路元件、電流傳感器及驅動所需的5V電壓。FPGA所需的3.3V、1.2V核心電壓由專用電源芯片提供。故障保護電路監(jiān)測直流電壓、負載電流以及輸出不暢電力，當直流過壓、負載過載以及輸出過流時，實施保護動作。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

FPGA主要功能是協(xié)調整個系統(tǒng)的工作并完成運算和控制功能，包括控制A/D轉換的啟動和停止、讀取A/D轉換結果至block RAM中緩存、實現(xiàn)采樣算法、并實現(xiàn)數(shù)字化PI控制器、輸出PWM脈沖。

在設計中采用Verilog DHL硬件語言，進行模塊化設計，以加快處理速度，模塊通過接口被其他模塊調用。

3.1 諧波計算

先設計一個計算控制寄存器（COMUTER-CONTROLC），用于計算的時序控制，當寄存器上升沿時，啟動計算程序，先從RAM中讀取電流的三個采樣值，進行基于瞬時無功理論的三相到兩相坐標變換，然后讀取sin， cos值并計算得到ip、iq。

圖4 FPGA中諧波計算模塊調用關系

3.2 電流控制與直流側電壓控制

輸出電流閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，對設備的響應速度、電流跟蹤精度影響很大。三相獨立滯環(huán)電流控制具有結構簡單、響應速度快、跟蹤精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并且對三相不平衡系統(tǒng)的補償效果較好，因而應用較廣。FPGA易于實現(xiàn)靈活的置換電流跟蹤控制與功能完整的驅動脈沖調理功能。圖5給出了A相驅動脈沖生成與保護電路框圖。

圖5 驅動脈沖生成與保護電路結構

直流側電容電壓到達給定值前，直流電壓穩(wěn)定標志無效，輸出穩(wěn)定控制模塊的脈沖信號，電容繼續(xù)充電；直流電壓穩(wěn)定到給定值后，電壓穩(wěn)定標志有效，PI調節(jié)器的計算結果經(jīng)過滯環(huán)電流跟蹤模塊輸出脈沖信號，APF正常工作。

A相脈沖信號經(jīng)最小脈寬封鎖與四驅時間調整模塊處理后，輸出為驅動功率模塊上下橋臂的兩路信號Ug1和Ug4。保護模塊由純邏輯電路硬件實現(xiàn)。當主電路出現(xiàn)過流、過壓等故障時，控制器可以迅速封鎖驅動脈沖的輸出，及時有效地保護功率器件。保護動作滯后時間很短，只與器件的不限延遲和決斷時間有關。

4 實驗結果

利用所研制的有源電力濾波器裝置進行了補償實驗。實驗條件：380V三相四線系統(tǒng)，負載為三相整流橋接電阻負載。

圖6給出了實驗電流波形及頻譜圖。采用FLUKE 43B諧波測試分析儀。補償前電流THD為13.72%，補償后THD為1.25%。

（a）補償前電流波形及頻譜

（b）補償后系統(tǒng)電流波形及頻譜

圖6 實驗電流波形及頻譜圖

5 結語

本文介紹了以FPGA為核心控制芯片的模塊化有源電力濾波器，給出了系統(tǒng)結構拓撲，完成了控制系統(tǒng)軟硬件設計，并進行了諧波補償實驗。實驗結果證明本文提出的模塊化結構、控制系統(tǒng)設計的正確性，并且模塊化有源電力濾波器具有優(yōu)秀的濾波功能，可達到降低線路損耗、改善電能質量的重要作用，具有良好的工程應用價值。

【參考文獻】

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[3]蔣平，鄧俊雄，曹瑩.一種先進的電網(wǎng)諧波檢測方法[J].電工技術學報，2000，15（6）：70-74.

[4]楊振宇，趙劍鋒，唐國慶.多臺并聯(lián)型APF聯(lián)合補償協(xié)調控制[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2006，18（6）：32-37.

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